钢的热处理金相组织分析

钢的热处理金相组织分析

一、观察方法：

1.观察组织组成物和种类

    钢热处理后，根据热处理种类和材料的不一样，组织组成物可能是一种或多种。如马氏体，马氏体+残余奥氏体，单一珠光体，单一奥氏体，铁素体+珠光体，铁素体+马氏体+碳化物等等。

    金相显微镜观察时，首先要判断被观察组织中有几种组织组成物，是单一组成物，还是两种或多种组成物。

    在组织组成物中，某一组成物可以是单一相，如铁素体或奥氏体等单相；也可以是两相或多相混合组成或化合物，如珠光体是铁素体与渗碳体的机械混合物，各种碳化物等。

    不同的组成物有不同的形态特征，利用这些特征可以快速的识别：不同的组成物受溶液浸蚀的程度不同，使得其在金相显微镜下具有不同的明暗程度或不同的色彩差；不同组成物形成的先后顺序不一样，其形态也不一样，最先形成的总是从奥氏体晶界开始形核；各组成物形成的原理不一样，形态也有差异。通过这些就可以判别被观察物的组成种类。大多数情况下，能够观察到几种不同明暗程度或几种形态不同的部份，就可以判定有几种组成物。

2.观察形态

    组织组成物的形态是我们判别组成物的极其重要的依据之一。一些特定组织具有极显著的特征，如典型的珠光体具有层片状（或称指纹状）特征，一看就知道是珠光体；羽毛状物是上贝氏体。白色的块状物不是铁素体就是奥氏体，针状物不是马氏体就是下贝氏体等等。

    要观察组织物是片状、针状、块状、颗粒状、条状、网状或者是其它什么形状。还要精细观察是单一相还是复合相。

    在观察中要注意试样的浸蚀程度，只有合理的浸蚀，各种组织才会正确的显现出来，同时，制样也很关键，错误的制样可能导致对组成物的错误判断。由于制样和浸蚀问题，导致的判断错误在新手中屡见不鲜。

在观察中还要注意，对于观察到的白色或黑色物，不要轻易就认为是一种组成物。对于白色的可能是奥氏体或铁素体，更有可能是碳化物；对于黑色物，可能由于其极其细密，在常规倍数下观察根本无法分开。

3.组成物的分布

    组成物的分布特点是识别组成物的重要根据，不同的组成物具有不同的分布特点，一般是指其分布于母相的晶界或晶内。

    在观察到的组织中，凡是呈网络状分布（不管是封闭网状或是断续网状或略有呈网状的趋势）的都是沿晶界分布，其余的都是分布于晶内。要注意的是，有时沿晶析出物很少时，不易看出是沿晶分布，此时可以缩小放大倍数，观察其分布趋势，从而作出正确判断。当组成物很多时，也不易识别，此时只能根据组织组成物的特征，并辅以其它方法加以识别。

二、理论分析

    理论分析在分析热处理组织时，是不可缺少的。很多组织不利用理论分析就容易得出不正确的结论。理论分析的裨是利用过冷奥氏体的转变原理，结合具体的热处理工艺，对可能出现的组织加以分析判断。

1.分析可能出现的组织组成物

        加热温度在Ac3或Accm以上时，钢完全变成单一奥氏体，若低于上述温度，将出现未溶铁素体或未溶碳化物（平常所说的加热不足）。此两种单相组织在室温下属于稳定组织，因此，冷却时该类组织得以保留而不发生转变，即高温下是什么形态，冷却下来时也是什么形态。

        从钢的C曲线可以看出：钢在冷却时，先发生先共析转变（析出先共析相），再发生共析转变（析出珠光体），接着发生贝氏体和马氏体转变。

        具体发生什么组织转变，以钢的实际冷却速度是如何穿过C曲线的来确定。若冷却时穿过先共析转变区，即发生先共析转变；若同时越过先共析区和共析转变区，就发生先共析转变和共析转变，得到珠光体或珠光体加铁素体或渗碳体组织，就是通常所说的正火、退火工艺；若大于临界冷却速度，得到的就是马氏体和（或）贝氏体组织，这就是通常所说的淬火所期望得到有组织。总之，冷却时越过几个转变区，就得到相应的组织，区别在于在该区的停留时间，决定在该区域组织转变量的多少。但是，无论在先共析区停留多长时间，都不可能全部转变为先共析产物；同样，对于大多数钢来说，无论怎样快速的穿过马氏体转变区，都不可能全部获得马氏体。因此，结合具体的热处理工艺，可以判定组织组成物；同时，根据组织组成物，可以判定热处理冷却工艺过程。

        因此，金相分析必须要对过冷奥氏体的转变条件以及具体条件下转变产物有清醒的认识。

2.注意成份偏析所导致的转变产物的差异

       钢中的成份偏析是不可避免的，特别是铸件。局部区域的碳含量偏高或偏低、部份合金元素的聚集，都有可能出现反常组织，甚至于出现意想不到的组织。如本版“追求卓越”关于《铸钢热处理后的金相组织》一贴中ZG310-570出现贝氏体类组织就是由于成份偏析所致，因为从理论上说，ZG310-570是不可能发生贝氏体转变的。此时就要会识别贝氏体，同时对贝氏体产生的原因加以分析，否则就会出现不正确的判断。轧制钢中出现的带状组织也是成份偏析的结果。

3.同一形态的组织组成物的识别

        同一形态的组织组成物，由于其得到的方式不一样，其组织是不一样的。

1）白色的小块状物

        在淬火组织中，出现白色的小块状物，有可能是铁素体，也有可能是碳化物，还有可能是残余奥氏体，甚至几者都有。

        在亚共析碳钢中，出现白色块状物，只能是铁素体或（和）残余奥氏体（若碳含量低于0.4%，只能是铁素体）。但残余奥氏体是过冷奥氏体转变后的剩余产物，因此其只能分布于马氏体针的间隙。铁素体由于形成条件不同而具有不同的分布形态：加热不足形成的未溶铁素体，其分布多呈弥散分布的碎块状；冷却速度不足形成的先共析铁素体，常呈网状或断网状，有时由于数量极少，还不容易发现其有向网状发展的趋势。

2）白色基体上分布着白色的颗粒状物

        此类组织有三种可能：粒状贝氏体、粒状珠光体和回火珠光体。此时同样要根据材料和具体的冷却方式加以判断。若此材料根本不可能发生贝氏体转变，则不会是粒状贝氏体；若是球化退火或等温退火，则可能是粒状珠光体；若回火温度较高达700℃左右，则可能是回火珠光体。因此，要结合热处理工艺，并参照其它组织其进行识别。

3）回火后的黑色针状物

        回火后的黑色针状物是回火马氏体或贝氏体。要根据回火温度和化学成份，并对针状物进行精细观察，才能作出判定。切忌晃眼一看组织就轻率作出结论。